CN109877975A - 一种双脉冲等离子破岩发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种双脉冲等离子破岩发生装置，它包括充电电源、防反峰电感、第一放电电极组、第二放电电极组、电流互感器，充电电源分别连接放反峰电感和续流二极管，放反峰电感另一端分别连接泄放开关和两个并联的储能电容，两个并联的储能电容再与储能放电回路相并联，储能放电回路由第一导线电感、第一放电电极组、第二放电电极组、电流互感器、第二导线电感串联构成，两个并联的储能电容及第二导线电感均接地，续流二极管接地，泄放开关与第一泄放电阻、第二泄放电阻串联，第二泄放电阻接地。放电电极组由电极外螺母、环氧保护套、接地电极、绝缘保护套和高压电极组成。本发明可以增大破碎岩石的裂缝密度，促进裂缝延伸，增加破碎效果。

Description

一种双脉冲等离子破岩发生装置

技术领域

本发明涉及钻井工程领域，具体涉及一种双脉冲等离子破岩发生装置。

背景技术

随着油气勘探的不断深入，勘探难度日益增加，井深从中浅层向深层、超深层延伸，破岩难度加大。在深井、超深井中，钻遇各种复杂难钻地层，钻井提速需要新的破岩方法与技术作支撑。针对这些复杂地层，亟需发展新一代高效破岩技术。等离子脉冲破岩技术具有破碎速度快；对有金属内含物的矿石破碎具有选择性；能量可控、无污染、无飞石等诸多优点。等离子脉冲破岩技术将是未来钻井技术发展的重要方向之一，等离子体被称作是第四种物质存在的形态，它是由电子、离子、自由基和中性粒子组成的导电流体，等离子通道钻井是通过直流电源，电容，电阻、电感以及电极等装置产生的等离子体来破碎岩石，但现在还缺少成熟可靠的等离子发生装置，且研究方法单一。

发明内容

本发明的目的是提供一种双脉冲等离子破岩发生装置，这种双脉冲等离子破岩发生装置可以增大破碎岩石的裂缝密度，促进裂缝的延伸，增加破碎效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种双脉冲等离子破岩发生装置包括充电电源、防反峰电感、第一放电电极组、第二放电电极组、续流二极管、电流互感器，充电电源分别连接防反峰电感和续流二极管，防反峰电感另一端分别连接泄放开关和两个并联的储能电容，两个并联的储能电容再与储能放电回路相并联，储能放电回路由第一导线电感、第一放电电极组、第二放电电极组、电流互感器、第二导线电感串联构成，两个并联的储能电容及第二导线电感均接地，续流二极管接地，泄放开关与第一泄放电阻、第二泄放电阻串联，第二泄放电阻接地；

任意一个放电电极组均由电极外螺母、环氧保护套、接地电极、绝缘保护套和高压电极组成，高压电极外设置绝缘保护套，高压电极头部裸露在绝缘保护套外，接地电极套装在绝缘保护套外部，电极外螺母末端与接地电极紧固在一起，环氧保护套置于电极外螺母筒体内壁，电极外螺母中心具有螺柱，螺柱与高压电极头部对应设置，螺柱与高压电极头部之间有间隔，电极外螺母筒体沿周向均匀设置放电孔，各个放电孔环绕在螺柱与高压电极头部之间的间隔外部，接地电极外壁具有翼板，翼板上具有安装孔。

上述方案中高压电极通过其头部卡固在绝缘保护套内，绝缘保护套通过其头部卡固在接地电极内，接地电极的末端通过紧固螺母固定。

上述方案中高压电极头部设置有环形凹槽及方形凹槽，放电孔为方形孔，翼板为环形翼板。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明第一放电电极组和第二放电电极组的设计可以同时对岩石进行破碎，促进岩石中裂缝的形成，延伸和扩展。

2、本发明通过调节电极外螺母和高压电极之间的距离，可以保证等离子体的发生。

3、本发明泄放开关和泄放电阻的设计更加的安全可靠，对操作人员的安全提供保障。

4、本发明破岩方式合理、破岩效率高，可对硬地层进行破碎。

附图说明

图1为一种双脉冲等离子破岩发生装置整体电路结构示意图。

图2为放电电极组的总装配图。

图3为高压电极的结构示意图。

图4为高压电极的剖面图。

图5为接地电极的结构示意图。

图6为电极外螺母的结构示意图。

图7为绝缘保护套的结构示意图。

图中：1.充电电源；2.防反峰电感；3.储能电容；4.第一导线电感；5.第一放电电极组；6.第二放电电极组；7.放电开关；8.续流二极管；9.泄放开关；10.第一泄放电阻；11.电流互感器；12.电极外螺母；13.环氧保护套；14.接地电极；15.绝缘保护套；16.高压电极；17.第二泄放电阻；18第二导线电感。

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

结合图1所示，这种双脉冲等离子破岩发生装置包括充电电源1、防反峰电感2、第一放电电极组5、第二放电电极组6、续流二极管8、电流互感器11，充电电源1分别连接防反峰电感2和续流二极管8，防反峰电感2另一端分别连接泄放开关9和两个并联的储能电容3，两个并联的储能电容3再与储能放电回路相并联，储能放电回路由第一导线电感4、第一放电电极组5、第二放电电极组6、电流互感器11、第二导线电感18串联构成，两个并联的储能电容3及第二导线电感18均接地，续流二极管8接地，泄放开关9与第一泄放电阻10、第二泄放电阻17串联，第二泄放电阻17接地；

参阅图2-图7所示，第一放电电极组5、第二放电电极组6结构相同，二者均由电极外螺母12、环氧保护套13、接地电极14、绝缘保护套15和高压电极16组成，高压电极16外设置绝缘保护套15，高压电极16头部裸露在绝缘保护套15外，接地电极14套装在绝缘保护套15外部，电极外螺母12末端与接地电极14紧固在一起，环氧保护套13置于电极外螺母12筒体内壁，电极外螺母12中心具有螺柱，螺柱与高压电极16头部对应设置，螺柱与高压电极头部之间有间隔，电极外螺母12筒体沿周向均匀设置放电孔，各个放电孔环绕在螺柱与高压电极头部之间的间隔外部，接地电极14外壁具有翼板，翼板上具有安装孔。

本实施方式中高压电极16通过其头部卡固在绝缘保护套15内，绝缘保护套15通过其头部卡固在接地电极14内，接地电极14的末端通过紧固螺母固定。

本实施方式中高压电极16头部设置有环形凹槽及方形凹槽，放电孔为方形孔，翼板为环形翼板。

操作时，首先断开泄放开关9和放电开关7。取一块岩石，将岩石预先先钻两个相邻的，不贯穿的孔，孔里倒满水。将第一放电电极组5、第二放电电极组6置于岩石内部的水中。通过充电电源1对储能电容3进行充电，充电结束，闭合放电开关7，第一放电电极组5、第二放电电极组6产生等离子体，对岩石进行破碎。

设备在非使用情况下，将泄放开关9关闭，整个电路不会储能，对操作人员的安全提供保障。防反峰电感2和续流二极管8对充电机起到保护作用并且确保储能电容3在充满电后，能量通过放电电极释放。电流互感器11可以检测电路中电流的大小。通过调节导线电感的形状以及长度，来对电路中的电流进行一个整体的把控。

第一放电电极组5和第二放电电极组6可以同时对岩石进行破碎，促进岩石中裂缝的形成，延伸和扩展。通过调节电极外螺母12和高压电极16之间的距离，可以保证等离子体的发生。

绝缘保护套15和环氧保护套13起到了高压电极16与接地电极14之间的绝缘的作用以及高压电极16与电极外螺母12之间绝缘的作用，可以使等离子体在电极外螺母12和高压电极16之间产生。

本发明通过将等离子破岩发生装置的电路结构及两放电电极组的结构设计相结合，解决了现有技术中的等离子破岩发生装置存在的问题，破岩方式合理、破岩效率高，可对硬地层进行破碎。

Claims (3)

1.一种双脉冲等离子破岩发生装置，其特征在于：这种双脉冲等离子破岩发生装置包括充电电源（1）、防反峰电感（2）、第一放电电极组（5）、第二放电电极组（6）、续流二极管（8）、电流互感器（11），充电电源（1）分别连接防反峰电感（2）和续流二极管（8），防反峰电感（2）另一端分别连接泄放开关（9）和两个并联的储能电容（3），两个并联的储能电容（3）再与储能放电回路相并联，储能放电回路由第一导线电感（4）、第一放电电极组（5）、第二放电电极组（6）、电流互感器（11）、第二导线电感（18）串联构成，两个并联的储能电容（3）及第二导线电感（18）均接地，续流二极管（8）接地，泄放开关（9）与第一泄放电阻（10）、第二泄放电阻（17）串联，第二泄放电阻（17）接地；

任意一个放电电极组均由电极外螺母（12）、环氧保护套（13）、接地电极（14）、绝缘保护套（15）和高压电极（16）组成，高压电极（16）外设置绝缘保护套（15），高压电极（16）头部裸露在绝缘保护套（15）外，接地电极（14）套装在绝缘保护套（15）外部，电极外螺母（12）末端与接地电极（14）紧固在一起，环氧保护套（13）置于电极外螺母（12）筒体内壁，电极外螺母（12）中心具有螺柱，螺柱与高压电极（16）头部对应设置，螺柱与高压电极头部之间有间隔，电极外螺母（12）筒体沿周向均匀设置放电孔，各个放电孔环绕在螺柱与高压电极头部之间的间隔外部，接地电极（14）外壁具有翼板，翼板上具有安装孔。

2.根据权利要求1所述的双脉冲等离子破岩发生装置，其特征在于：所述的高压电极（16）通过其头部卡固在绝缘保护套（15）内，绝缘保护套（15）通过其头部卡固在接地电极（14）内，接地电极（14）的末端通过紧固螺母固定。

3.根据权利要求2所述的双脉冲等离子破岩发生装置，其特征在于：所述的高压电极（16）头部设置有环形凹槽及方形凹槽，放电孔为方形孔，翼板为环形翼板。